Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 50 )

По своим агрохимическим качествам смешанные удобрения практически не отличаются от сложных. Преимуществом их производства является возможность выпуска очень широкого ассортимента удобрений с любыми соотношениями питательных элементов, удовлетворяющими разнообразным требованиям сельского хозяйства. Преимущество же сложных удобрений заключается в возможности избежать ряда производственных процессов при их получении, используя полупродукты вместо готовых продуктов, необходимых для изготовления тукосмесей (например, плав нитрата аммония, газообразный аммиак).

Применение смешанных удобрений очень распространено. В общем балансе производства минеральных удобрений в капиталистических странах смешанные удобрения составляют больше одной трети.

Ассортимент смешанных удобрений весьма разнообразен. В странах Западной Европы он исчисляется десятками марок, а в США превышает 3000, однако наиболее распространенных марок только десятки. Тукосмеси готовят с различными соотношениями питательных веществ, причем каждый питательный элемент может входить в состав смеси в виде разных компонентов. Например, азот в виде нитрата аммония, карбамида, фосфатов аммония и т. д., фосфор в виде суперфосфатов, аммофоса и т. п. В зависимости от вида смешиваемых удобрений общее содержание питательных веществ в тукосмеси может изменяться в широких пределах – от 25-30% при использовании простого суперфосфата, сульфата аммония или аммиачной селитры, до 40% и больше в концентрированных смешанных удобрениях, получаемых смешением двойного суперфосфата, аммофоса карбамида и других концентрированных удобрений.

Помимо основных питательных элементов (N+Р+К), смешанные удобрения могут содержать микроэлементы, инсектофунгициды, гербициды, стимулирующие ростовые вещества и др. Для нейтрализации избыточной кислотности и улучшения физических свойств при изготовлении тукосмесей в них часто вводят добавки – мел, известняк, доломит, фосфоритная мука.

Смешанные удобрения выпускают как в порошкообразном, так и в гранулированном виде. Для получения хороших смесей исходные компоненты должны быть сухими и рассыпчатыми, они не должны отличаться сильно по крупности и плотности зерен. Материалы, не удовлетворяющие этим требованиям, труднее превратить в однородную смесь. Смеси, состоящие из зерен разных размеров и разной плотности, подвержены сегрегации, т. е. расслаиваются при перевозке, встряхивании и т. п. Поэтому предпочитают выпускать не смеси порошкообразных или гранулированных продуктов, а гранулированные смеси, т. е. гранулировать материал после или в процессе смешения компонентов.

Раньше осуществляли гранулирование готовых порошкообразных смесей, смачивая их водой, окатывая и высушивая гранулы. В н. в. все шире совмещают смешение удобрений с их дополнительной химической обработкой – аммонизацией газообразным аммиаком, введением в смеси кислот нейтрализующих их материалов, растворов и плавов взамен воды в процессе гранулирования и др. В результате этого при смешении компонентов и гранулировании протекают химические реакции, а гранулы продукта получаются более однородными и прочными. За счет тепла химических реакций происходит высушивание гранул. Такие смешанные удобрения по существу мало отличаются от сложных; их называют сложно-смешанными.

Смешанные удобрения изготовляют на химических предприятиях и на специальных тукосмесительных станциях, расположенных в районах потребления удобрений. Смешение удобрений примитивными методами производят и сами потребители.

Смесительные установки небольшой мощности работают по периодической схеме. Исходные компоненты просеивают и крупные фракции измельчают. Отвешенные в соответствии с рецептурой количества компонентов загружают в смеситель, перемешивают в течение нескольких минут и выгружают готовый продукт. В качестве смесителей используют вращающиеся барабаны, шнековые, тарельчатые и другие аппараты.

Заводское изготовление смешанных и сложно-смешанных удобрений производят по непрерывным схемам. Загрузка смесителей исходными материалами и выгрузка из него готовой смеси происходят непрерывно.

При получении смешанных комплексных удобрений следует учитывать, что некоторые исходные соли и другие продукты нельзя смешивать друг с другом, так как могут идти нежелательные химические процессы, в результате которых будут теряться питательные вещества и ухудшаться физические свойства удобрений. Эти явления обусловливают так называемый антагонизм удобрений.

В противоположность этому синергизмом удобрений можно назвать их способность эффективного совместного действия без возникновения вредных побочных процессов, обусловливающую возможность и желательность их смешения.

8.Производство кальцинированной соды

Углекислая сода (карбонат натрия) была известна еще в глубокой древности. Издавна соду получали из золы морских и солончаковых растений и извлекали из рапы природных содовых озер. Ее использовали в стеклоделии и в качестве моющего средства. В 1775 г французский фармацевт Леблан предложил получать соду прокаливанием смеси сульфата натрия, измельченного мела или известняка и угля согласно реакции
Nа2SО4 + СаСО3 +2С → Nа2СО3 +СаS +2СО2 (1) .

Из полученного плава соду выщелачивали водой и раствор упаривали, выделяя Nа2СО3 в твердом виде. Способ Леблана сыграл большую роль в развитии химической промышленности и разработке сырьевой базы.

В 1865 г. бельгийским инженером Сольве разработан и осуществлен в промышленном масштабе аммиачный способ получения соды, отличающийся следующими преимуществами: более высоким качеством получаемого продукта, непрерывностью процесса, лучшими условиями труда, снижением расхода тепла, а, следовательно, и топлива, возможностью применения растворов NаСl, более дешевых, чем твердая поваренная соль, необходимая при способе Леблана. В большинстве стран аммиачный способ остается ведущим до сих пор, а производство соды по способу Леблана постепенно прекратилось.

В аммиачном способе кальцинированную соду получают через гидрокарбонат аммония:

NН4НСО3 + NаСl ↔NаНСО3 + NН4Сl (2)

На содовых заводах гидрокарбонат аммония получают из NН3 и СО2 непосредственно в водных растворах NаСl, т. е. с химической точки зрения процесс получения гидрокарбоната натрия можно объединить в виде одной реакции:

NаСl + NН3 + СО2 +Н2О↔NаНСО3 + NН4Сl (3)

Так как диоксид углерода плохо растворяется в воде в отсутствии аммиака, то практически сначала раствор NаСl насыщают аммиаком, а затем аммонизированный рассол обрабатывают диоксидом углерода, т. е. процесс проводят в две ступени. Первая ступень – поглощение аммиака – протекает в отделении абсорбции, а вторая – поглощение СО2 – в отделении карбонизации.

Выпавший в процессе карбонизации осадок NаНСО3 отфильтровывают, и далее он разлагается с получением соды

NаНСО3→ Nа2СО3 + СО2 + Н2О (4)

В зависимости от конструкции печи температура разложения NаНСО3 составляет 160-1800С. Эта операция протекает в отделении кальцинации.

8.1. Сырье для производства соды.

Сырьем для получения соды могут быть природные вещества, содержащие натрий и диоксид углерода. Кроме того, применяют ряд вспомогательных материалов – аммиак, топливо, воду, пар.

Хлорид натрия (поваренная соль)

Широко распространена в природе как в твердом виде (пласты каменной соли, самоосадочная соль соляных озер), так и в виде растворов (морская вода, соляные озера, соляные источники).

Наиболее богатое Верхнекамское месторождение характеризуется залежами сильвинита – минерала, содержащего смесь NаСl (70-75%) и КСl. Здесь на базе сильвинита организовано крупное производство КСl; отход этого производства, содержащий в сухом виде до 97% NаСl, 1% КСl и примеси солей кальция и магния, используют для производства соды.

В аммиачном способе производства соды применяют не твердую соль, а рассол, что является большим преимуществом, так как добыча рассола путем подземного выщелачивания соли водой значительно дешевле добычи твердой соли обычным шахтным методом. Получаемый любым способом рассол должен иметь по возможности высокую концентрацию NаСl. Увеличение концентрации NаСl положительно влияет на степень его использования. Различают естественные и искусственные рассолы. Первые получают в результате растворения пластов каменной соли подпочвенными водами; при этом образуются подземные скопления рассола или при выходе на поверхность земли – соляные источники. Искусственные рассолы получают путем подземного выщелачивания соли водой, специально подаваемой в зону расположения соляного пласта через скважины, или же путем растворения в бассейнах добытой твердой поваренной соли.

Рассол с рассолапромысла подают на завод по трубопроводам, которые обычно заглубляют в землю ниже зоны промерзания почвы. На заводе рассол хранится в сальных резервуарах емкостью до 5500 м3. На производство 1 т кальцинированной соды расходуется около 1.6т поваренной соли. Это обстоятельство, а также применение соли в виде рассола обусловили необходимость строительства содовых заводов вблизи соляных месторождений.

Карбонатное сырье

Для получения диоксида углерода и извести на содовых заводах применяют известняк или мел, называемые карбонатным сырьем. Более предпочтительным из них является известняк. Добыча известняка и мела ведется методом открытых разработок. Вагонетки с карбонатным сырьем после добавления топлива в шихтном отделении цеха известковых печей подают непосредственно на известковые печи.

Аммиак в производстве соды аммиачным методом совершает замкнутый цикл. После регенерации в отделении дистилляции он возвращается обратно на начальную стадию процесса.

Топливо в производстве кальцинированной соды применяют в известковых печах при получении извести и в содовых печах при кальцинации гидрокарбонатного сырья. Для обжига карбонатного сырья в шахтных известковых печах применяют в качестве топлива кокс или антрацит. Для кальцинации гидрокарбоната натрия в содовых печах можно использовать любые виды топлива: жидкое – мазут, твердое – каменный угол и газообразное – природный газ.

В н. в. большое значение для производства соды в качестве сырья имеет нефелин, в среднем соответствующий формуле 3Nа2О*К2О*4Аl2О3*9SiО2. При комплексной переработке нефелина на глинозем и цемент остается раствор, содержащий Nа2СО3 и К2СО3, используемый для получения соды и поташа.